Автоматизироваиные рабочие места

В условиях гибкого управления производством, особенно на этапе освоения новых изделий, одной из основных становится проблема эффективности использования трудовых ресурсов пред­приятия. Это вытекает из того, что производственный персонал, особенно квалифицированный и занимающий высокие позиции в иерархии управления, требует учета различных факторов соци­ального, правового, организационного, экономического и про­изводственно-технического характера.

В процессе организации управления гибкими производствами при работе с персоналом должны выполняться следующие фун­кции:

обеспечение эффективной структуры должностей с минималь­ным штатом сотрудников и ограниченным доукомплектованием производственно-технических подразделений, привлекаемых для освоения новых видов продукции;

повышение квалификации руководителей и исполнителей в этих подразделениях, включая общую и профессиональную подготов­ку с учетом освоения новых изделий;

расстановка кадров и назначение руководящих лиц с учетом наиболее рациона.пьной организации работы;

разработка структуры производства и управления, а также ин­формационных потоков и функциональных взаимосвязей между сотрудниками и подразделениями;

создание соответствующих форм и структуры документооборота, организующих производственный процесс.

Современным средством повышения эффективности труда уп­равленцев и специалистов является создание для них автоматизи­рованных рабочих мест (АРМ).

Современное АРМ, как правило, строится на базе компьютер­ного монитора с клавиатурой и с другими средствами ввода ин­формации (например, сканером) и системного блока, снабжен­ного программно-математическим обеспечением,ориентированным на проблемы, решаемые соответствующим специалистом. Такие АРМ обычно являются терминалами общей локальной вы­числительной сети (ЛВС).

Схема использования АРМ для управления различными уров­нями производства как единого целого, приведена на рис. 4.15. Здесь представлены АРМ различных уровней:

управления фирмой, включая АРМ директора и его заместите­лей, главных специалистов(например, главных конструктора, тех­нолога, бухгалтера и др.), начальников отделов служб, специали­стов отделов по планированию и учету, а также операторов скла­дов общезаводского подчинения;

технической подготовки производства, включая АРМ конст­рукторской и технологической систем автоматизированного про­ектирования, а также управления технической подготовкой про­изводства;

улгравления цехами, включая АРМ начальников цехов, начальни­ков бюро, мастеров участков, диспетчеров бюро, зкономистов цехов, контролеров ОТК, а таюке операторов внутрицеховых кладовьи;

нижнего уровня оперативного управления ходом производства, включая АРМ руководства производством, экономистов, плано­виков, диспетчеров, работников служб эксплуатации, мастеров, операторов оборудования, операторов ОТК, операторов-комплек­товщиков, операторов подготовки инструмента, операторов сборки УСПО, а также операторов системы транспортировки.

Некоторые из названных АРМ могут использоваться одновре­менно на нескольких уровнях.

В целом применение АРМ, особенно подключенных к локаль­ной вычислительной сети, обеспечивает синтез труда управлен­цев и организаторов производства, инженеров (конструкторов и технологов) и программистов:

Через АРМ должна проходить документация, обеспечивающая производственный процесс, а именно:

• модели производственно-сбытовой деятельности; •оперативно-календарные планы;

• ведомости материально-технического снабжения;

• оперативные отчеты о ходе производственно-сбытовой дея­тельности за тот или иной период;

• информация, необходимая для проведения оперативных ~р­вещаний;

• задания на вьшолнение оперативных решений;

• результаты контроля за оперативными решениями; • производственные графики на различные периоды;

• графики обеспечения сырьем, материалами, комплектующи­ми, специальной техникой, кадрами, транспортом и другим, со­ставленным на различные периоды;

• rрафики внутренних перевозок на различные периоды;

• графики внешних перевозок на различные периоды, а такжс некоторые другие.

Системы компьютеризации информационных систем на базс АРМ в настоящее время могут быть оснащены следующими раз­новидностями программных средств:

• пакеты проблемно-ориентированных прикладных программ: • программы, обеспечивающие организацию вычислительного процесса в условиях многозадачного режима;

• программы автоматизации программирования, а также коди­рования и декодирования для конкретных компьютеров;

• тестовые и наладочные программы.

С помощью упомянутътх средств в широких масштабах выпол­няются такие работы, как оформление заказов, учет наа^-тичия т уровней запасов сырья, материалов, комплектующих и готовых изделий. Они применяются также для составления и документи­рования торговых отчетов и анализов, прогнозов продаж. Эти сред-­ства применяются и для документирования операций складиро­вания и транспортировки.

АРМ применяются, кроме того, для диалогового проектирова­ния в конструкторских и технологических САПР при решениа­задач, не поддающихся формализации, а также при решении опе-­ративных задач. В первую очередь с применением АРМ решаютси следующие задачи:

• сопоставление и выбор проектнътх вариантов;

• проектирование епециальных оснастки, инструмента и штампон; •проектирование процессовсборки;

• управление процессами комплектования заказов и партий об­работки;

• управление автоматизированными складами и транспортноi~ системой;

• управление обслуживанием и эксплуатацией оборудования. 4.5. Роботизация промышленнык производств Роботизация технологического процесса необходима для по-­вышения интенсивности производства промышленной продукции. Применение робототехники вътсвобождает вспомогателъных ра­бочих для основного производства, сокращает удельные затраты. улучшает условия труда, повышает его интеллектуальный уровень. сокращает объем монотонного труда, повышает качество продук­ции, оптимизирует загрузки оборудования, способствует автома­тизации оборудования и применению принципиально новых тех­нологических процессов, сокращает сроки освоения новой про­дукции.

Промышленный робот - это автоматическая машина, пред­ставляющая собой совокупность манипулятора и перепрограмми­

руемого устройства управления и предназначенная для выполне­ния в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека.

Одно из основных достоинств промышленных роботов - воз­можность их быстрой переналадки для выполнения различных операций, поэтому наиболее эффективным является применение роботов в условиях частой смены объектов производства в сочета­нии со станками с ЧПУ.

По конструктивно-технологическому признаку промышленные роботы делятся на две группы: производственные и подъемно­транспортные. Производственные роботы составляют около 20 % мирового парка роботов, а подъемно-транспортные соответственно около 80 % .

К первой группе относятся роботы, непосредственно участву­ющие в технологическом процессе в качестве производящих или обрабатывающих машин. Примером могут служить роботы для тру­

бо- и профилегибочных работ, роботы для сварки, сборки, ок­раски, а также для контроля изделий.

Роботы второй группы используются для выполнения различ­нътх транспортно-складских и погрузочно-разгрузочных операций. В конструкциях ряда промышленных роботов имеется возмож­ность выполнения обоих типов работ. Однако в механообработке в большей степени находят применение подъемно-транспортные ро­ботът.

В осноне классификации промышленных роботов могут быть использованы следующие признаки:

• степень специализации; • назначение;

• грузоподъемность;

• число степеней подвижности; • возможность передвижения;

• способ установки на рабочее место; • вид системы координат;

• разновидность привода и системы управления; • способ программирования.

По своему назначению и специализации промышленные ро­боты, применяющиеся в механообработке, делятся на четыре группы:

1. Специалькые nромыиrленные роботы - это роботы, предназна­ченные для выполнения какой-либо одной технологической опе­рации или для работы с определенным типом деталей. Они, как правило, ориентированът на обслуживание узкой номенклатуры технологического оборудования. Такие роботы оснащаются авто­номными системами управления собственным автоматическим циклом или управляются системой ЧПУ обслуживаемого станка. Грузоподъемность их лежит в пределах 5 ... 500 кг. Примером тако-

го типа роботов являются роботы для загрузки ток~рных станков валами и фланцами весом до 50 кг.

2. Спег~иализированные промысиленные роботы - это роботы, предназначенные для выполнения технологических операций ка­кого-либо вида, например для штабелирования, обслуживания автоматизированных складов, выборки и раскладки деталей, ори­ентированно расположенных в специальной таре и т. д. Грузоподъ­емность таких роботов лежит обычно в пределах 2,5...500 кг. Ха­рактерным представителем роботов этого типа является японский робот «Кавасаки Юнимейт», предназначенный для выполнения сварочных операций.

3. Целевые промыигленные роботы предназначены для выпол­нения одной или нескольких операций, но могут обслуживать станки широкой номенклатуры, выполняя действия сходного ха­рактера, связанные с манипулированием заготовкой и обрабо­танной деталью. Грузоподъемность таких роботов обычно лежит в пределах 20...250 кг. Примером таких роботов может служить загрузочно-разгрузочный робот, предназначенный для обслужи­вания различных токарных станков, но с горизонтальной осью шпинделя.

4. Универсальные промысиленные роботы используются для об­служивания оборудования различного технологического назначе­ния, которое в отличие от ранее рассмотренных вариантов может требовать разнообразных приемов при выполнении операций об­служивания. Грузоподъемность таких роботов лежит в пределах 2,5...40 кг.

По грузоподъемности промышленные роботы подразделяют на сверхлегкие (номинальная грузоподъемность до 1 кг), легкие (l ... 10 кг), средние (10...200 кг) и тяжелые (200...1000 кг).

По способу установки на рабочем месте промышленные робо­ты разделяют на напольные, подвесные и встроенные.

Основнъте схемът промышленных роботов приведены на рис. 4.16. Эффективность роботизации производства определяется в пер­вую очередь сокращением сроков технической подготовки произ­водства (ТПП) и освоения новых изделий. Экономическая эф­фективность сокрашения сроков освоения новых изделий и ТПП может быть определена следующим образом.

Обобщенный безразмерный показатель эффективности ТПП при освоении нового изделия (К~_б) выражается так:

Коб = Ki КгКз~

где К, - показатель эффективности затрат на ТПП при базовом варианте; К_г - показатель значимости доли осваиваемого изделия в общем объеме выпускаемой предприятием продукции; К_З - по­казатель окупаемости затрат на организацию производственно-тех­нологического варианта освоения новой продукции.

Эти безразмерные показатели рассчитываются по приведенным ниже формулам:

Ki =р~Рг(~Э~~~~зтпп~,

где р, - вероятность завершении ТПП в установленные сроки для рассчитываемого варианта; р_г - вероятность освоения установо­чной партии новых изделий в установленные сроки; ~ Э - вели­чина возрастания общей эффективности производства в результа­те применения роботизации по рассчитываемому варианту; ~,З_тпп - суммарные затраты на роботизацию по рассчитываемо­му варианту;

Кг = Ргрз Э~АГо_л т'/ (~ зПр ~,

где р_з - вероятность достижения проектной мощности производ­ства нового изделия в заданные сроки; Э' - ожидаемая прибыль от продаж нового изделия; А_ГоД - запланированный годовой объем выпуска нового изделия; Т - срок морального старения осваиваемого изделия; ~ З_Пр - общие суммарные затраты на се­рийное производство нового изделия;

кз ° рзПпр~(~З~Р +~З~6),

где П_ПР - прибьшь предприятия от освоения нового изде­лия; ~ З_об - оборотные средства, затрачиваемые на производство при рассматриваемом варианте освоения нового изделия.

Роботизация производ­ства дает возможность ori­тимальным образом уста­навливать численность про­изводственного персонала. Весьма важен в обеспече­нии эффективного исполь­зования трудовых ресурсов отбор кадров для коллекти­ва производственного под­разделения, создаваемого для освоения нового изде­лия. Использование работ­ника на той или иной дол­жности определяется его профессиональным уров­нем, а также зависит от ряда других показателей,

таких как накопленный опыт, возраст при зачислении на конк­ретную должностъ, наличие жилья и др.

Зависимость технико-экономических показателей производства от численности персонала приведена на рис. 4.17.

4. Робототе~снические системы

Различные роботы в сочетании с обслуживаемыми ими стан­ками или комплексами станков образуют робототехнические си­стемы. Одним из важнейших классификационных признаков, оп­ределяющих выбор того или иного робота для объединения его с конкретным типоразмером станка в робототехническую систе­му, является его грузоподъемность. Наибольшее распростране­ние в механообработке получили роботы грузоподъемностью 40, 80 и 160 кг. Роботы грузоподъемностью 250 и 500 кг исполь­зуются для обслуживания тяжелых патронно-токарных и фрезер­ных станков, а также для выполнения погрузочно-разгрузочных и складских работ.

В табл. 4.5 приведены данные о целесообразном использовании промышленных роботов той или иной грузоподъемности для об­служивания различных станков.

На схемы загрузки станков, а значит, и на число степеней свободы применяемого промышленного робота оказывают влия­ние:

• характер ориентации деталей перед операцией загрузки;

• тип устройства для подачи деталей на позицию загрузки и для хранения деталей, например стационарная тара, транспортер, магазин, штабель, склад и т. д.;

• характер выполняемой операции, например перенос детали из тары на станок без перебазирования или с перебазированием; • компоновка станка: для станков токарной группы - верти­кальная или горизонта)~ъная, для станков фрезерной и сверлиль­ной групп - вертикальное или горизонталъное положение плос­кости рабочего стола;

• количество станков, одновременно обслуживаемых данным роботом;

• планировка производственного участка (например, линейная, линейно-параллельная, круговая).

Все перечисленные в приведенной таблице модели станков с точки зрения конструктивной возможности комплектации их про­мышленными роботами разделяются на две группы:

станки с горизонтальной осью шпинделя, в которых заготов­ка подается на линию центров и далее движением вдоль этой оси устанавливается в зажимное устройство (в патрон или в центр);

фрезерные и сверлильные станки с горизонтальным столом и вертикальные токарные станки, в которых заготовка подается выше базовой плоскости стола, патрона или центра и последующим дви­жением сверху вниз доводится до соприкосновения с плоскостъю установки.

Промышленный робот, осуществляющий загрузку этих стан­ков, должен обладать, как минимум, двумя степенями свободы из следующих (т. е. независимых движений рабочего органа): перемещение на тару;

перемещение на станок; подъем-опускание;

поворот руки робота на 180° вокруг оси, так называемым канто­вание;

захват.

Дополнительной степенью свободы принято считать поворот оси детали на 90°.

Для загрузки любой группы станков робот должен иметь по крайней мере две степени свободы (без учета движения захвата). Если же речь идет об обслуживании станков первой группы, и детали устанавливаются в патрон или центр независимо выпол­няемым движением, то число степеней свободы соответствующе­го робота должно быть на единицу больше.

Таким образом, промышленные роботы могут обслуживать раз­личные станки, используемые в современном производстве, а именно: станки с ручным управлением, цикловые станки-полу­автоматы, станки-полуавтоматы с ЧПУ и автоматической сменой инструмента, агрегатные и специальные станки. Основной при­вод промышленных рОботов - гидравлический или электрогид­равлический, а привод движений захвата - гидравлический или пневматический.

Для обслуживания названных типов станков и создания робо­тотехнических систем используются роботъt различных типов.

1. Стационарные целевые роботы для загрузки станков с го­ризонтальной осью шпикделя штучными деталями типа тел вра­ц~ения (роботы I типа). Они выполняют следующие функции: установку заранее ориентированньixдеталей или заготовок на сганок; снятие заготовок со станка и раскладку их в тару (магазин); кантование деталей, если в этом есть необходимость.

2. Стационарные целевые роботы для загрузки станков с вер­тикальной осью шпинделя или с горизонтальным столом штуч­ными заготовками, в том числе и заготовками, требующими пред­варительной установки в специальные установочные приспособ­ления-спутники (роботы II типа). Промышленный робот II типа выполняет следующие функции:

установку заракее ориентированных деталей или заготовок на СТднОК;

снятие заготовок со станка и раскладку их в тару (магазин); кантование деталей;

установку-снятие ориентированных деталей (спутников) на начальных и на конечных позициях станков, входящих в состав автоматизированных участков и автоматических линий;

Один промыииенный робот II типа обслуживает обычно 1-3 етан­ка, входящих в состав автоматизированного комплекса.

3. Лередвижные роботы, предназначенные для работы в со­ставе автоматизированных участков и производств; к этому типу относятся целевые и универсальные роботы для загрузки обору дования с разнотипными схемами обслуживания (роботы III типа). Основные функции промышленного робота III типа:

установка заранее ориентированных деталей или заготовок на станок;

снятие загоrовок со станка и раскладка их в тару (магазин); кантование деталей, если это необходимо;

фиксация и контроль правильности базирования заготовки в патрон или в центр;

очистка баз детали и станка.

Дополнительными функциями при этом являются: смена захватов;

смена инструментов;

контроль обработанных поверхностей;

передвижение тары с заготовками от станка к станку; определение последовательности обслуживания оборудования; управление транспортной системой и складом автоматизиро ванного производстненного участка.

Один промышленный робот III типа обслуживает обычно 2... 8 станков. Основные характеристики роботов описанных типов привецены в табл. 4.6.

Все разнообразие операций загрузки и разгрузки осуществля­ется тремя указанными типами промышленных роботов, но при использовании различных захиатных устройств. Эти устройства предназначены для захвата обрабатываемой детали или инстру­мента и удержания его в определеннлм положении в процессе перемещения или обработки. Тип и конструкция захвата опреде­ляется формой, размером, массой и другими характеристиками захватываемого предмета, а также специфическими свойствами технологического процесса. К числу специфических требований относятся надежность захвата и удержания во время разгона и торможения подвижных частей промышленного робота, точность и стабильность базирования заготовки, недопустимость разруше­ния или повреждения предмета, прочность и большие усилия за­жима при ограничениях на размеры и массу заготовки.

Классификация захватных устройств, применяемых в промыш­ленных роботах, приведена на рис. 4.18.